Соколов В. В., Шкрум В.А., Ренев В. П.
(НИЦ «ЗТЗ-Сервис», Запорожье)
Шунтирующие реакторы на классы напряжения 400, 500 и 750 кВ, изготавливаемые Московским электрозаводом с 1970 г., характеризуются недостаточной надежностью работы. В первую очередь это относится к шунтирующим реакторам 750 кВ: например, на энергообъектах Украины только за период 1990-95 г.г. повреждено 20 реакторов (в работе находится около 90 реакторов).
В связи с этим достоверная диагностика технического состояния реакторов, направленная на своевременное выявление дефектов и предотвращение аварий, приобретает особо важное значение.
В данном докладе освещены некоторые вопросы диагностики реакторов 400-750 кВ, в том числе последних модификаций.
На основании анализа причин отказов и опыта диагностики и ремонтов, накопленного НИЦ «ЗТЗ-Сервис» в реакторах 400-750 кВ можно выделить следующие виды дефектов:
- Загрязнение элементов главной и продольной изоляции продуктами истирания алюминиевых электромагнитных экранов, продуктами износа маслонасосов, механическими примесями и продуктами разложения масла. В результате происходило перекрытие обмотки по внутренней прошивной рейке или пробой межкатушечной изоляции (для увеличения электрической прочности вдоль поверхности обмотки во всех реакторах, изготовленных после 1978 г., длинные прошивные рейки заменены на несколько коротких).
- Межвитковые замыкания в реакторах с обмоткой переплетенного типа, изготовленных после 1983 г. (только на Украине по этой причине повреждено 7 реакторов).
- Ухудшение состояния изоляции и масла вводов 750 кВ. в частности образование желтого налета на нижней фарфоровой покрышке, приводящее к перекрытию по поверхности, взрыву ввода и реактора (15 случаев повреждений реакторов 750 кВ только на энергообъектах Украины).
- Наличие источников газовыделения (перегревов и частичных разрядов). Основные места возникновения - электромагнитные экраны, пружинные амортизаторы и элементы прессовки.
- Замыкание электростатических экранов на землю (9 случаев на энергообъектах Украины) или их обрыв.
Часть имеющихся дефектов легко обнаруживается имеющимися диагностическими средствами, например замыкание или обрыв электростатических экранов при измерениях диэлектрических характеристик изоляции или при измерениях ЧР акустическим или электрическим методом.
Витковые замыкания в обмотках переплетенного типа не выявляются диагностическими способами, ориентировочный прогноз может быть сделан по результатам ХАРГ. Единственный способ предотвращения аварий по этой причине - применение поперечной дифференциальной защиты, которая может быть установлена в тех реакторах, где имеется вывод двух нейтралей.
К сожалению, до настоящего времени не разработано достаточно надежных диагностических методов для выявления взрывоопасного состояния реакторных вводов, особенно залитых маслом Т-750. Нам представляется весьма перспективным использование для этой цели измерения оптической мутности масла.
Наличие источников газовыделения обнаруживается по результатам ХАРГ. По результатам проведенной нами диагностики 25 % установленных реакторов 750 кВ имеют такие источники.
Длительная безаварийная эксплуатация таких реакторов объясняется небольшой интенсивностью источников газообразования. Однако, эти дефекты приводят к загрязнению изоляции, ускоренному старению масла, а главное, на фоне генерируемых ими газов остаются незамеченными те, причиной появления которых могут быть частичные разряды (ЧР) в твердой изоляции. Об отсутствии последних можно судить лишь по результатам измерения ЧР электрическим методом. Модифицированная конструкция электростатического экрана позволяет провести такие измерения с достаточной степенью достоверности, т.к. разделенный на две части экран позволяет выполнить измерения по дифференциальной схеме, а также сравнить результаты измерений на двух частях экрана.
Вывод нейтральных концов обеих параллелей обмотки на бак реактора, кроме организации чувствительной поперечной дифзащиты, позволяет оценить состояние электрических соединений обмотки прямым измерением омических сопротивлений обеих параллелей.
Некоторую информацию о состоянии магнитных шунтов и обмотки можно получить измерением напряжения на свободной параллели при подаче напряжения 50 Гц на вторую параллель. Теоретически отношение этих напряжений должно быть равно отношению воздушных зазоров между шунтом и внутренней поверхностью обмотки в раздельном направлении и средней частью обмотки по высоте и осью горизонтальной части шунта. Диагностическим признаком, имеющим практическое значение может быть отличие в этих отношениях, получаемых для каждой из параллелей.
Значительные трудности представляет оценка состояния изоляции. Приводящее к пробою снижение электрической прочности главной изоляции (в результате увлажнения и загрязнения дистанцирующих реек в первом масляном канале) не обнаруживается при профилактических измерениях характеристик изоляции этих реакторов.
Проведенные модернизации конструкции (вывод двух частей электростатического экрана на бак) несколько улучшили проблему оценки состояния главной изоляции.
Однако большое количество маслобарьерных участков и теперь не позволяет определить состояние изоляции в первом масляном канале, который загрязняется, в первую очередь, ввиду конструктивных особенностей обмотки реактора и системы циркуляции масла.
Следует заметить, что, к сожалению, до сих пор при конструировании трансформаторного оборудования проблемы диагностирования либо вообще не учитывались, либо решались на низком уровне (как, например, установка образцов твердой изоляции, к которым без слива масла добраться невозможно). Этот пробел следует устранять в процессе ремонтов и модернизации установкой датчиков и приспособлений, позволяющих оценивать состояние трансформаторного оборудования без вывода из эксплуатации.
Относительно информативности измеряемых диэлектрических параметров изоляции необходимо отметить следующее:
- Использование традиционных схем не дает полноценной информации о состоянии главной изоляции: высокие значения tg δ (1 - 2%) характеризуют только изоляцию торцов.
- Использование результатов измерений «по зонам» вызывает значительные трудности (например, в отдельных случаях tg δ изоляции промежутков «обмотка-экран» составляет лишь несколько сотых %). При высоких температурах tg δ этих участков отрицателен. Это обстоятельство можно рассматривать как наличие поверхностных загрязнений.
- Для оценки состояния изоляции более информативным является измерение диэлектрических характеристик изоляционного промежутка между экранами, примерно на 50% заполненного твердой изоляцией.
Кроме того, величина емкости между экранами позволяет судить о «механическом» состоянии главной изоляции (обрыв стягивающих поясов, возможное смещение экранов).
Для улучшения диагностируемости реакторов во всех отремонтированных нами реакторах выполнено изолирование активной части относительно днища и выведение ее заземления наружу.
Выводы.
- В результате модернизации конструкции реакторов семейства РОДЦ в части разделения и вывода из бака отводов электростатического экрана (для облегчения оценки состояния главной изоляции) и нейтрального конца двух параллелей обмотки (для подключения чувствительной поперечной дифзащиты) появились дополнительные возможности для диагностирования.
- Информативным с точки зрения оценки среднего увлажнения изоляции может быть промежуток между электростатическими экранами. В меньшей степени он может характеризовать и загрязнение изоляции, т.к. находится вдалеке от зоны первого масляного канала, характеризующегося повышенной опасностью загрязнения.
- Электростатические экраны, кроме измерения характеристик изоляции между обмоткой и экранами, могут быть использованы для измерения характеристик ЧР по дифференциальной схеме даже при работе реактора в сети номинального напряжения.
- Используя выводы нейтрали каждой из параллельных частей обмоток, кроме сравнительной оценки омического сопротивления параллелей, можно обнаружить некоторые дефекты в обмотке или магнитных шунтах измерением индуктированного напряжения в одной из параллелей при подаче напряжения 50 Гц на другую параллель. Это важно, как для реакторов с дисковыми обмотками, где наблюдались пробои изоляции между катушками, так и для переплетенных обмоток, где из-за некачественного изготовления многочисленных переходов в парах катушек участились повреждения с пробоем изоляции катушек.